一种考虑优先计划与市场交易的通道容量优化配置方法

摘要

本发明公开了一种考虑优先计划与市场交易的通道容量优化配置方法，以线路年投资收益最大为目标函数，新建线路路径为决策变量，投资预算约束、新建线路数量约束、N‑1安全约束为约束条件建立规划层模型，根据规划层模型得到规划决策；基于直流最优潮流模型，在优先计划电量和直接交易电量的基础上得到出清层模型，根据规划决策，通过出清层模型进行现货市场出清，将出清后的网络潮流返回规划层模型；将采用KKT条件将上层规划层模型和下层出清层模型耦合为混合整数规划模型，根据混合整数规划模型得到投资收益。

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统规划领域，具体是一种考虑优先计划与市场交易的通道容量优化配 置方法。

背景技术

在新一轮电力体制改革背景下，我国设立了“有序放开发用电计划”、建立高效电力市场 体系的目标，电力市场规模不断扩大，结构日趋完善。2019年全国各电力交易中心组织交易 量达2.8344×1012kWh；同年，我国首批8个电力现货市场建设试点省份启动模拟试运行。 电力电量平衡机制正在从“计划管理”的传统模式向“市场调节”的新模式转型。

在转型过程中，计划与市场模式并存的双轨制量价体系将长期存在。计划电量基于重要 民生需求、生态文明建设、电网安全运行等因素，一般以政府核定的价格保障非市场用户的 电力供应。市场化电量在充分保障电网安全稳定运行的前提下，以分时价格信号促进交易竞 争，实现电力资源的高效优化配置。两者定位与价格体系的差异决定了现货市场结算将受到 市场主体行为、电量水平等因素的影响；因此，过渡期双轨制模式下计划与市场的衔接模式 将是电力市场的关键设计之一。现阶段关于非市场化和市场化发用电两侧的结算平衡问题， 以及市场运行的各类因素对不同模式下市场主体利益分配和不平衡资金影响的研究较为分散。

而在电力市场化进程不断推进的背景下，电网规划投资效益与通道传输潮流流量、通道 利用率有关。传统电网规划难以反映未来一段时间，竞争市场态势下，市场主体的规划意愿。 就电网投资收益而言，优先电量属于基础部分，波动性不强，如何撬动市场交易部分的电量 增长直接关乎投资回收效益。

在高比例水电输电系统中，在丰水期，由于火电机组最小开机出力要求，往往要求火电 机组以最小开机出力运行，负荷增量部分优先通过水电补充以减少弃水；在枯水期，以无弃 水原则，优先消纳水电来水电量，再由火电满足剩余电量。由于水火的边际发电成本差异巨 大，丰枯季同一节点的节点电价差可达上百元每兆瓦时。目前考虑市场交易要素与水电丰枯 特性的电网规划研究较少，已有研究往往仅通过分析丰枯季节点电价的差异来优化通道利用 率，实现全年全网通道利用率更优。

目前，考虑市场要素的电网规划多以纯市场交易为主，没有考虑当包含优先计划电量时， 发电侧其市场决策空间有何限制。另外，高比例水电输电系统其丰枯特性对电力市场运行秩 序维护具有较高要求，在考虑了水火互济市场规则后系统外送通道容量如何优化才能促进市 场交易达成，充分调动市场活力是亟待解决的现实问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种考虑优先计划与市场交易的通道容量 优化配置方法，包括如下过程:

以线路年投资收益最大为目标函数，新建线路路径为决策变量，投资预算约束、新建线 路数量约束、N-1安全约束为约束条件建立规划层模型，根据规划层模型得到规划决策；

基于直流最优潮流模型，在优先计划电量和直接交易电量的基础上得到出清层模型，根 据规划决策，通过出清层模型进行现货市场出清，将出清后的网络潮流返回规划层模型；

将采用KKT条件将上层规划层模型和下层出清层模型耦合为混合整数规划模型，根据混 合整数规划模型得到投资收益。

进一步的，所述的以线路年投资收益最大为目标函数，新建线路路径为决策变量，投资 预算约束、新建线路数量约束、N-1安全约束为约束条件建立规划层模型，包括如下过程:

上层模型考虑线路扩展规划与机组的深调改造成本，以总投资收益最大为目标，约束考 虑线路扩展规划支路数量约束，线路投资成本约束。

maxF

其中F

F

其中α为全网统一输配电价，P

线路扩展规划投资预算资金采用等年值法根据投资年限计算年等值投资成本，其表达式 为：

C

C

进一步的，所述的基于直流最优潮流模型，在优先计划电量和直接交易电量的基础上得 到出清层模型，包括如下过程：

基于的直流潮流模型为：

其中N

约束条件为功率平衡约束、线路潮流约束以及发电机出力约束：

直接交易电量的水火互济约束：

其中

优先计划电量需要在全年滚动平衡，因此有以下等式约束：

其中

P

并根据上层传递的规划决策中包含的新建线路的网架信息与负荷数据重新计算网络潮流， 将新的网络潮流返回上层决策，新的网络潮流为：

其中P

进一步的，所述的将采用KKT条件将上层规划层模型和下层出清层模型耦合为混合整数 规划模型，包括如下过程：

KKT条件如下：

δ

ρ

ρ

其中P

本发明的有益效果是：在规划模型的构建上，本专利发掘了市场交易与电网规划激励相 容的市场要素，即在通道容量满足的情况下，市场总是趋向于跨区域调用低成本电量，而新 的市场模式下，电网投资收益也与通道容量有关，因此通过通道传输流量将市场出清模型很 好的与规划耦合，实现规划投资的精准与高效。

本发明的市场出清模型考虑了优先电量与市场交易并存下的现货出清模型，在实际运行 中现货交易目前比重较小，且现货的市场决策空间受优先电量与中长期交易的限制，在脱离 二者的前提下讨论现货对规划的影响与实际偏差较大，因此本发明考虑了全周期影响下的电 网通道容量优化配置。

本模型针对高比例水电输电系统从实际出发进行考量，火电与水电在市场竞价中存在丰 枯期不对等，因此结合实际运行经验，根据全年不同时期的丰枯情况，在最优潮流模型中考 虑水火互济，使得系统潮流更贴近运行实际。

附图说明

图1为一种考虑优先计划与市场交易的通道容量优化配置方法的流程图；

图2为实施例的模型逻辑关系图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所 述。

如图1所示，一种考虑优先计划与市场交易的通道容量优化配置方法，包括如下过程:

以线路年投资收益最大为目标函数，新建线路路径为决策变量，投资预算约束、新建线 路数量约束、N-1安全约束为约束条件建立规划层模型，根据规划层模型得到规划决策；

基于直流最优潮流模型，在优先计划电量和直接交易电量的基础上得到出清层模型，根 据规划决策，通过出清层模型进行现货市场出清，将出清后的网络潮流返回规划层模型；

将采用KKT条件将上层规划层模型和下层出清层模型耦合为混合整数规划模型，根据混 合整数规划模型得到投资收益。

所述的以线路年投资收益最大为目标函数，新建线路路径为决策变量，投资预算约束、 新建线路数量约束、N-1安全约束为约束条件建立规划层模型，包括如下过程:

上层模型考虑线路扩展规划与机组的深调改造成本，以总投资收益最大为目标，约束考 虑线路扩展规划支路数量约束，线路投资成本约束。

maxF

其中F

F

其中α为全网统一输配电价，P

线路扩展规划投资预算资金采用等年值法根据投资年限计算年等值投资成本，其表达式 为：

C

C

所述的基于直流最优潮流模型，在优先计划电量和直接交易电量的基础上得到出清层模 型，包括如下过程：

基于的直流潮流模型为：

其中N

约束条件为功率平衡约束、线路潮流约束以及发电机出力约束：

直接交易电量的水火互济约束：

其中

优先计划电量需要在全年滚动平衡，因此有以下等式约束：

其中

P

并根据上层传递的规划决策中包含的新建线路的网架信息与负荷数据重新计算网络潮流， 将新的网络潮流返回上层决策，新的网络潮流为：

其中P

所述的将采用KKT条件将上层规划层模型和下层出清层模型耦合为混合整数规划模型， 包括如下过程：

KKT条件如下：

δ

ρ

ρ

其中P

具体的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提出了一种考虑优先计划电量与 市场交易电量并存下的通道容量优化配置模型。上层为规划层模型，以输电线路投资收益大 为目标，约束考虑规划投资规模、预算等相关约束，形成规划决策，将决策结果传递到下层， 下层基于直流最优潮流模型，在优先计划电量和直接交易电量的基础上进行现货市场出清， 得到出清结果，将出清后的网络潮流返回上层，计算投资收益。

上层模型考虑线路扩展规划与机组的深调改造成本，以总投资收益最大为目标，约束考 虑线路扩展规划支路数量约束，线路投资成本约束。

maxF

其中F

F

其中α为全网统一输配电价，P

线路扩展规划投资预算资金采用等年值法根据投资年限计算年等值投资成本，其表达式 为：

C

C

出清层模型在优先电量计划与直接交易电量基础上进行，因此，本模型所基于的直流潮 流模型为：

出清层即为前文所阐述的直流最优潮流模型，考虑不同运行方式下的出清情况，单一典 型日运行方式下的出清模型如下，其目标函数表达式为：

其中N

约束条件考虑系统功率平衡，线路潮流约束以及发电机出力约束，发电机出力决策变量 为现货市场出清电量，而总出力考虑优点电量、直接交易电量与现货交易电量总和：

该模型针对高比例水电输电系统做出了优化，高比例水电输电系统中，直接交易电量部 分要按照丰枯不同水季实行水火互济，丰水期按照水电大于火电的比例达成交易，枯水期则 按照火大于水的比例实行火带水。以下为直接交易电量的水火互济约束：

其中

优先计划电量需要在全年滚动平衡，因此有以下等式约束：

其中

根据上述最优潮流模型得到优化模型的拉格朗日乘子，即系统节点边际电价，基于单时 段负荷价格弹性模型得到规划后区域负荷：

P

并根据新得出的网络参数与负荷数据重新计算网络潮流，将新的网络潮流返回上层决策。

其中P

该模型上层为整数规划模型，下层为线性规划模型，因此可以采用KKT条件将将下层模 型耦合为混合整数规划模型进行稳定求解。

首先，基于日前优化模型的KKT条件，将上层规划层模型与下层出清模型耦合，日前优 化模型其KKT条件(矩阵形式)如下：

δ

ρ

ρ

其中P

将市场出清约束以及其KKT条件作为约束与上层规划层模型耦合成单层的混合整数规划 模型，该模型可以调用Cplex进行求解。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式， 不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述 构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动 和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。